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场效应管的工作原理
1.场效应管的工作原理
FffectTransistor的缩写,即为场效应晶体管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为
双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。FET应用范围很广,但不能说现在普及的双极
型晶体管都可以用FET替代。然而，由于FET的特性与双极型晶体管的特性完全不同，能构成技术性能非常好的电路。
2.场效应管的特征

JFET的概念图

(b)JFET的符号
图1(b)门极的箭头指向为p指向n方向，分别表示内向为n沟道JFET，外向为p沟道JFET。
图1(a)表示n沟道JFET的特性例。以此图为基础看看JFET的电气特性的特点。
首先，门极-源极间电压以0V时考虑(VGS=0)。在此状态下漏极-源极间电压VDS从0V增加，漏电流ID几乎与VDS成比例增加，将此区域称为非饱和区。VDS达到某值以上漏电流ID的变化变小，几乎达到一定值。此时的ID称为饱和漏电流(有时也称漏电流用IDSS表示。与此IDSS对应的VDS称为夹断电压VP，此区域称为饱和区。
其次在漏极-源极间加一定的电压VDS(例如0.8V)，VGS值从0开始向负方向增加，ID的值从IDSS开始慢慢地减少，对某VGS值ID=0。将此时的VGS称为门极-源极间遮断电压或者截止电压，用VGS(off)示。n沟道JFET的情况则VGS(off)值带有负的符号,测量实际的JFET对应ID=0的VGS因为很困难,在放大器使用的小信号JFET时,将达到ID=0.1-10μA的VGS定义为VGS(off)的情况多些。关于JFET为什么表示这样的特性，用图作以下简单的说明。

JFET的工作原理用一句话说，就是"漏极-源极间流经沟道的ID，用以门极与沟道间的pn结形成的反偏的门极电压控制ID"。更正确地说，ID流经通路的宽度，即沟道截面积，它是由pn结反偏的变化，产生耗尽层扩展变化控制的缘故。
在VGS=0的非饱和区域，图10.4.1(a)表示的过渡层的扩展因为不很大，根据漏极-源极间所加VDS的电场，源极区域的某些电子被漏极拉去，即从漏极向源极有电流ID流动。达到饱和区域如图10.4.2(a)所示，从门极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型，ID饱和。将这种状态称为夹断。这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡，并不是电流被切断。
在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动，在理想状态下几乎具有绝缘特性，通常电流也难流动。但是此时漏极-源极间的电场，实际上是两个过渡层接触漏极与门极下部附近，由于漂移电场拉去的高速电子通过过渡层。
如图10.4.1(b)所示的那样，即便再增加VDS，因漂移电场的强度几乎不变产生ID的饱和现象。
其次，如图10.4.2(c)所示，VGS向负的方向变化，让VGS=VGS(off)，此时过渡层大致成为覆盖全区域的状态。而且VDS的电场大部分加到过渡层上，将电子拉向漂移方向的电场，只有靠近源极的很短部分，这更使电流不能流通。
3.场效应管的分类和结构:
FET根据门极结构分为如下两大类。其结构如图3所示:

图3.FET的结构
各种结构的FET均有门极、源极、漏极3个端子，将这些与双极性晶体管的各端子对应如表1所示。
FET双极性晶体管
漏极集电极
门极基极
源极发射极
JFET是由漏极与源极间形成电流通道(channel)的p型或n型半导体，与门极形成pn结的结构。
另外，门极绝缘型FET是通道部分(Semicoductor)上形成薄的氧化膜(Oxide)，并且在其上形成门极用金属薄膜(Metal)的结构。从制造门极结构材质按其字头顺序称为MOSFET。
根据JFET、MOSFET的通道部分的半导体是p型或是n型分别有p沟道元件，n沟道元件两种类型。
图3均为n沟道型结构图。
4.场效应管的传输特性和输出特性

图4JFET的特性例(n沟道)
从图4所示的n沟道JFET的特性例来看，让VGS有很小的变化就可控制ID很大变化的情况是可以理解的。采用JFET设计放大器电路中，VGS与ID的关系即传输特性是最重要的，其次将就传输特性以怎样方式表示加以说明。

图5传输特性
这个传输特性包括JFET本身的结构参数，例如沟道部分的杂质浓度和载体移动性，以致形状、尺寸等，作为很麻烦的解析结果可导出如下公式(公式的推导略去)

若说式(10.4.2)是作为JFET的解析结果推导出来的，不如说与实际的JFET的特性或者式(10.4.1)很一致的作为实验公式来考虑好些。图5表示式(10.4.1)、式(10.4.2)及实际的JFET的正规化传输特性，即以ID/IDSS为纵坐标，VGS/VGS(off)为横坐标的传输特性。n沟道的JFET在VGS<0的范围使用